Síntesis de nanopartículas de Au / CdSe Janus con transferencia de carga eficiente para mejorar la generación de hidrógeno fotocatalítico

Resumen

Las heteroestructuras de metal-semiconductor integran múltiples funcionalidades más allá de las de sus contrapartes individuales. Se han dedicado grandes esfuerzos a sintetizar heteroestructuras con morfologías controladas para aplicaciones que van desde la fotocatálisis hasta los nanodispositivos fotónicos. Más allá de las morfologías, la interfaz entre dos contrapartes también influye significativamente en el desempeño de las heteroestructuras. Aquí, sintetizamos nanoestructuras de Au / CdSe Janus que constan de dos medias esferas de Au y CdSe separadas por una interfaz plana y de alta calidad. También se podría preparar Au / CdSe con otras morfologías ajustando las condiciones de crecimiento excesivo. Se mide que la generación de hidrógeno fotocatalítico de las nanoesferas de Au / CdSe Janus es 3,9 veces mayor que la de las muestras controladas con medias capas de CdSe sobrecrecidas en las nanoesferas de Au. La transferencia de carga altamente eficiente a través de la interfaz entre Au y CdSe contribuye al rendimiento fotocatalítico mejorado. Nuestros estudios pueden encontrar aplicaciones en el diseño de heteroestructuras con actividad fotocatalítica altamente eficiente.

Introducción

Las heteroestructuras coloidales de semiconductores metálicos han atraído un gran interés debido a sus extraordinarios comportamientos ópticos y funcionalidades mucho más allá de los de sus homólogos individuales y han exhibido un gran potencial en la conversión de energía solar [1, 2], fotocatálisis [3,4,5,6,7 , 8], dispositivos fotoeléctricos [9,10,11] y terapia fototérmica [12,13,14,15], etc. Especialmente, las nanoestructuras híbridas basadas en plasmones se convierten en un candidato prometedor para la división fotocatalítica del agua o la generación de hidrógeno con excelentes propiedades fotocatalíticas. rendimiento [16,17,18,19]. Las nanopartículas coloidales de semiconductores de calcogenuros metálicos (sulfuro, seleniuro y telururo) han recibido una atención significativa en la aplicación fotocatalítica debido a su banda prohibida adecuada y sintonizable que coincide con el espectro solar, así como a sus propiedades químicas. Sin embargo, la baja eficiencia de absorción en la región de la luz visible y la rápida recombinación de los portadores de carga fotoinducidos han limitado la aplicación de nanopartículas semiconductoras puras. Para superar estos problemas, se han dedicado muchos esfuerzos a integrar nanocristales metálicos plasmónicos (nanoesferas [20], nanobarras [21], nanoplacas [22], etc.) y semiconductores de calcogenuro (CdX [23,24,25,26,27, 28], Ag ₂ X [29,30,31,32,33], Cu ₂ X [12,13,14,15], PbX [34] etc. (X =S, Se, Te)) para construir nanoestructuras híbridas con propiedades intrigantes.

En cuanto al rendimiento fotocatalítico mejorado con plasmón, se han discutido muchos mecanismos posibles en trabajos anteriores, incluida la recolección eficaz de energía luminosa a través de resonancias de plasmón superficial, la concentración del campo electromagnético local en semiconductores adyacentes, la promoción de la generación y transferencia de carga fotoexcitada, la supresión de la recombinación de agujeros de electrones y Transferencia de electrones calientes inducida por plasmón de metales a semiconductores [35,36,37,38,39]. Además de eso, se ha informado que varios factores estructurales como la morfología, el tamaño, la configuración híbrida y la interfaz de contacto son cruciales para la actividad fotocatalítica [40,41,42,43]. Zhao y col. han ajustado con precisión la simetría estructural de las nanopartículas híbridas de Au / CdX (X =S, Se, Te) con distribución espacial controlable entre los dos componentes mediante una ruta sintética no epitaxial y han demostrado la dependencia de la fotocatálisis de la simetría estructural [41] . La transferencia de carga interfacial y la exposición de los materiales activos a la solución de reacción son los factores importantes para determinar el rendimiento de los híbridos de tipo heterodímero y de tipo núcleo-capa [41, 44]. La posibilidad de transferencia de carga entre el metal y los semiconductores de calcogenuro se ha mostrado en varios tipos de híbridos [41, 44,45,46]. Además, la transferencia de carga también depende significativamente de las condiciones interfaciales, como la energía interfacial y la calidad entre las dos contrapartes [41, 44]. Sigue habiendo grandes desafíos para obtener una buena interfaz heterogénea para nanoestructuras híbridas de metal-semiconductor debido al gran desajuste de red entre dos componentes. Por lo tanto, es importante adaptar con precisión la interfaz y el contacto para lograr las propiedades sintonizables y la movilidad electrónica en las nanoestructuras híbridas de metal-semiconductor.

En este artículo, presentamos un enfoque particular para sintetizar heteroestructuras asimétricas de Au / CdSe Janus dispersas en agua con una interfaz plana y de alta calidad entre Au y CdSe. Al manipular el valor de pH de la solución de reacción, se cultivan CdSe con diferentes morfologías y coberturas en las nanopartículas de Au. Los resultados muestran que el valor del pH es crucial para la formación de la morfología de Janus con la interfaz plana y de alta calidad. Las mediciones de generación de hidrógeno muestran que las heteroestructuras Janus Au / CdSe tienen una eficiencia significativamente mayor que las de los otros tipos de estructuras híbridas debido a la baja energía de la interfaz y la eficiencia de transferencia de electrones mejorada en la interfaz de Au y CdSe.

Métodos / Experimental

Materiales

Ácido cloroáurico (HAuCl ₄ · 4H ₂ O, 99,99%), nitrato de plata (AgNO ₃ , 99,8%), ácido glicina (99,5%), polvo de selenio (Se, 99,5%), ácido L-ascórbico (99,7%), hidrato de sodio (NaOH, 96,0%), nitrato de cadmio tetrahidratado (Cd (NO ₃₎ ) ₂ · 4H ₂ O, 99,0%), ácido clorhídrico (HCl, 36–38%), hexametilentetramina (HMT, 99,0%) y borohidruro de sodio (NaBH ₄ , 96%) se adquirieron todos de Sinopharm Chemical Reagent Co. Ltd. (Shanghai, China). El bromuro de cetiltrimetilamonio (CTAB, 99,0%) se obtuvo de Amresco, Inc. (América). Todos los productos químicos se utilizaron tal como se recibieron y sin purificación adicional.

Síntesis de nanopartículas de Au

Las nanopartículas de Au estabilizadas con CTAB se sintetizaron a temperatura ambiente mediante un método de crecimiento mediado por semillas descrito anteriormente [20]. En primer lugar, se prepararon 4,5 ml de solución acuosa mezclando 500 μL de HAuCl ₄ 5 mM y 5 mL de CTAB 0.2 mM, y luego 600 μL de NaBH ₄ enfriado con hielo 10 mM se añadió la solución. La solución pardusca de las semillas de Au se dejó en reposo durante 2 h para su uso posterior. A continuación, se agregaron 120 μL de solución de semillas de Au a una mezcla acuosa que incluía 190 mL de H2 ₂ O, 4 ml de HAuCl ₄ 10 mM , 9,75 ml de CTAB 0,1 M y 15 ml de ácido ascórbico 100 mM. La solución se mezcló bien con una ligera agitación y luego se dejó reposar durante la noche para el crecimiento de nanopartículas de Au.

Síntesis de nanopartículas bimetálicas de Au-Ag

En primer lugar, el valor de pH de una mezcla acuosa que incluía 5,0 ml de nanopartículas de Au (8,0 nM) y 5,0 ml de ácido glicina 200 mM se ajustó respectivamente a 2,5, 4,5, 7,2 u 8,1 mediante la adición gota a gota de una solución de HCl (V _HCl :V _H2O =1:9) o solución de NaOH (2 M). La mezcla se mantuvo a 30ºC con agitación durante 1 min. Luego, 15 µL de AgNO ₃ 100 mM se inyectó la solución. La mezcla se mantuvo a 30ºC sin agitar durante 10 h. Los productos de nanopartículas bimetálicas de Au-Ag se utilizaron directamente para el crecimiento de nanopartículas híbridas de Au-CdSe.

Síntesis de heteroestructuras de Au / CdSe Janus

Las heteroestructuras de Au / CdSe Janus se prepararon mezclando 2 ml de las nanopartículas de Au-Ag preparadas, 6 mg de selenio en polvo, 0,01 ml de Cd 100 mM (NO ₃ ) ₂ solución y 40 µL de NaBH ₄ 10 mM solución. La mezcla de reacción se agitó vigorosamente a 90ºC durante 2 h. Los productos se centrifugaron a 9500 rpm durante 5 min y se lavaron con agua dos veces. Las muestras controladas con otras morfologías se prepararon mediante el mismo procedimiento excepto por el valor de pH del crecimiento de nanopartículas de Au-Ag.

Evaluación de actividades fotocatalíticas

Los ensayos de desprendimiento de hidrógeno fotocatalítico de luz visible se llevaron a cabo en un reactor de tubo de cuarzo con diafragma de caucho. Se dispersaron cien miligramos de polvo de fotocatalizador de Au / CdSe en 50 ml de una solución acuosa que contenía 5 ml de ácido láctico como agente de sacrificio en un reactor de tubo de cuarzo. El reactor se bombeó con agitación durante 30 min para eliminar el aire disuelto. La fuente de luz es una lámpara de xenón de 300 W con un filtro de corte ultravioleta ( λ > 420 nm). Durante toda la prueba fotocatalítica, la temperatura de la suspensión se mantuvo a 6 ° C con un sistema externo de refrigeración por agua para resistir el aumento de temperatura de la radiación óptica. El contenido de hidrógeno se analizó automáticamente mediante cromatografía de gases en línea (Tianmei GC-7806).

Caracterización

Los estudios de TEM se realizaron con un microscopio JEOL 2010 HT operado a 200 kV mediante el vertido de las dispersiones de muestra en rejillas de cobre recubiertas de carbón. Los análisis HRTEM, TEM y EDX se realizaron utilizando un microscopio JEOL 2010 FET operado a un voltaje de aceleración de 200 kV. Los espectros UV-Vis se registraron con un espectrómetro TU-1810 (Purkinje General Instrument Co. Ltd. Beijing, China) y Cary 5000 (Agilent). Todas las mediciones ópticas se realizaron a temperatura ambiente en condiciones ambientales.

Resultados y discusión

La Figura 1 describe esquemáticamente la síntesis de nanoesferas de Au / CdSe Janus dispersas en agua. En primer lugar, se prepararon nanopartículas de Au estabilizadas con CTAB mediante un método de crecimiento mediado por semillas [20]. Luego se depositó una pequeña cantidad de Ag sobre las nanopartículas de Au con un valor de pH controlado de la solución de reacción, y finalmente la solución no centrifugada de nanopartículas de Au-Ag se puso en una reacción que incluyó selenización, intercambio catiónico con Cd ^{2 +} y sobrecrecimiento de CdSe.

Ilustración esquemática para la síntesis de nanoesferas Au / CdSe Janus

Los procesos de crecimiento de las nanoesferas de Au / CdSe Janus son muy similares a los de las nanovarillas de Au-AgCdSe de tipo micro que informamos anteriormente [26]. En un proceso típico, la síntesis de nanoesferas Au / CdSe Janus se puede dividir en tres pasos:deposición de capas humectantes de Ag, selenización de Ag y crecimiento selectivo de CdSe. En el primer paso, se sintetizaron nanopartículas esféricas bimetálicas de Au-Ag mediante la adición consecutiva de glicina, HCl y AgNO ₃ a una dispersión acuosa de nanopartículas de Au estabilizadas con CTAB a 30 ° C. Se depositó Ag en las nanoesferas de Au estabilizadas con CTAB reduciendo AgNO ₃ con ácido de glicina a un valor de pH de 2,5 ajustado mediante la adición de HCl apropiado. Los espesores correspondientes de la capa de Ag se pueden adaptar ajustando la capacidad de reducción de glicina con el valor de pH. Además, la deposición de Ag posiblemente produce una capa de aleación de AuAg en lugar de una capa de Ag puro en la superficie de las nanopartículas de Au debido a la difusión del átomo [47]. Se supone que las nanopartículas bimetálicas de Au-Ag producidas son muy importantes para la formación de nanoesferas de Au / CdSe Janus con una interfaz plana. A continuación, se realiza la selenización de las capas de Ag. Este paso se realiza agregando secuencialmente polvo de Se, Cd (NO ₃ ) ₂ y NaBH ₄ en la solución no centrifugada de nanoesferas de Au-Ag a 90 ° C con agitación durante 2 h. La capa de Ag podría seleccionarse espontáneamente mediante polvo de Se. Como la difusión del átomo conduce a la formación de una capa de revestimiento de aleación de AuAg sobre las nanopartículas de Au, también se podría seleccionar Au parcial. Este proceso daría lugar a un efecto de grabado de Au. Una vez formado, Ag ₂ Se actuará como el "punto de anclaje" para el crecimiento excesivo de CdSe. El último paso es la formación de nanoesferas Au / CdSe Janus. Ag ₂ Maduración, intercambio catiónico con Cd ²⁺ , y se supone que el crecimiento epitaxial de CdSe está implicado en la formación de nanoesferas de Au / CdSe Janus. Aquí, debe tenerse en cuenta que la solución permanece ácida con pH =2.5. La concentración relativamente alta de Se ⁰ y la baja concentración de Se ^2- , debido a la reducibilidad inhibida del agente reductor en esta condición, induciría un proceso de maduración relativamente rápido de Ag ₂ Se y lento crecimiento excesivo de CdSe. Mientras tanto, la nanoesfera de metal conductor puede ofrecer una vía eficaz para la transferencia de electrones en Ag ₂ Se proceso de maduración, que eventualmente conducirá a una nanocapa hemisférica. El intercambio catiónico posterior con Cd ²⁺ Los iones producen una capa de CdSe, que facilita el crecimiento excesivo de CdSe en estos sitios, superando la barrera del desajuste de la red cristalina. Las nanoesferas de Au / CdSe Janus obtenidas compuestas por dos hemisferios se observan claramente en la Fig. 2a. Además, dado que las capas de Ag son muy delgadas a pH =2.5, se puede imaginar que la selenización de la capa de Ag y la maduración de Ag ₂ Se trata de un proceso corto. Entonces, es inevitable que Se ⁰ continuará grabando la interfaz de aleación de AuAg. Las interfaces metal-semiconductor se aplanarían aún más a lo largo de un cierto plano cristalino [48]. Mientras tanto, las protuberancias de los semiconductores correspondientes se agrandan gradualmente, como se muestra en la Fig. 2b. Las nanopartículas de Au iniciales tienen un diámetro medio de 22 ± 2 nm, como se muestra en la Fig. 3a. Después del recubrimiento de nanocristales de CdSe con agitación durante 2 ha 90 ° C, el espesor de los hemisferios semiconductores es de 6 ± 2 nm (Fig. 3b). A medida que la reacción continúa durante otra hora, el tamaño de la contraparte del semiconductor aumenta en 5 ± 1 nm (Fig. 3c), lo que implica un mayor crecimiento excesivo de CdSe. La Figura 2c muestra la imagen HRTEM de una única nanoesfera Janus de Au / CdSe. Los espaciamientos del plano reticular de 0,20 nm y 0,21 nm concuerdan bien con los planos reticulares (200) del cristal de oro fcc [49] y los planos (220) de CdSe [26]. El espectro de EDX en la Fig. 4 también indica la composición de Au, Cd y Se en las nanoesferas de Janus, así como las especies de Ag residuales.

Imágenes TEM de nanoesferas de Au / CdSe Janus a pH =2,5 con diferentes tiempos de reacción. un 2 h. b 3 h. Los recuadros muestran una única nanoesfera de Janus. Las barras de escala en los recuadros son de 5 nm. c Imagen HRTEM del área interfacial de nanoesferas Au / CdSe Janus

Distribución de tamaño de a Nanopartículas de Au y diámetro de CdSe en nanoesferas de Au / CdSe Janus con diferentes tiempos de reacción. b 2 h. c 3 h. Las nanoesferas Au / CdSe Janus se preparan a pH =2,5 con 0,05 ml de Cd (NO ₃ ) ₂ (0,1 M)

El espectro EDX de nanoesferas de Au / CdSe Janus cayó sobre una oblea de silicio. La tabla insertada es el porcentaje de cada elemento

Debido al desajuste de la red, la heterointerfaz está fuertemente influenciada por la adhesión del ligando de protección, el tensioactivo, el precursor y el disolvente en la fase coloidal [50,51,52]. Se deben considerar varias cuestiones para comprender la evolución morfológica de las nanopartículas híbridas de Au / CdSe. En el proceso de preparación de nanopartículas híbridas de Au / CdSe, el valor de pH en el primer paso es un factor clave para controlar bien la cinética de reacción. Cuando se aumenta el pH, el poder reductor de BH ⁴⁻ es impulso. Inducirá el aumento de Se ²⁺ iones en la solución y promueven la formación rápida de CdSe. Como tal, es razonable suponer que una vez que la tasa de formación de CdSe excede la tasa de maduración de Ag ₂ Por lo tanto, se proporcionarán más opciones para el crecimiento selectivo de CdSe. Además, dado que un valor de pH más alto también hace que la glicina sea un reductor más fuerte en el primer paso, la reducción de Ag podría incrementarse y el espesor de las capas humectantes de Ag aumentaría con el valor de pH de la solución de reacción. Como resultado, se asignan más átomos de Se al proceso de selenización de la capa de Ag y al crecimiento de CdSe en un ambiente de pH alto, lo que prolongará el Ag ₂ Compruebe el tiempo de maduración y facilite el grabado interfacial de AuAg [48]. Nuestro experimento realizado en diferentes entornos de pH también confirmó este argumento. Como se muestra en la Fig.5, mediante la manipulación del valor de pH (2.5, 4.5, 7.2 y 8.1, respectivamente) de la solución mientras se mantiene la cantidad de Cd (NO ₃ ) ₂ constante (0.05 mL y 0.1 M), se podrían producir cuatro tipos diferentes de nanopartículas híbridas de Au / CdSe, tales como nanoesferas de Janus, heterodímeros (que consisten en medias capas de CdSe sobrecrecidas en las nanoesferas de Au), nanopartículas simétricas de dos cabezas y múltiples nanopartículas con cabeza. Las cuatro nanopartículas híbridas muestran diferentes interfaces entre Au y CdSe. Además, como se muestra en el archivo adicional 1:Figura S1, a un valor de pH bajo, la tasa de crecimiento lento de CdSe también puede inducir la cristalización de alto grado y el crecimiento anisotrópico más obvio del semiconductor, lo que podría resultar en la baja energía de tensión interfacial y energía de frontera de grano [41, 44].

Imágenes TEM de cuatro tipos diferentes de nanopartículas híbridas de Au / CdSe. un Nanoesferas de Janus. b Heterodímeros. c Nanopartículas simétricas de dos cabezas. d Nanopartículas de múltiples cabezas. Los híbridos se sintetizan manipulando el valor de pH de la deposición de Ag (2.5, 4.5, 7.2, 8.1, respectivamente) con la misma cantidad de Cd (NO ₃ ) ₂ (0,05 ml y 0,1 M). Las barras de escala en las inserciones son 5 nm

Las nanopartículas de Au muestran una fuerte banda SPR ubicada a aproximadamente 522 nm. Como se muestra en la Fig. 6a, la deposición de Ag conduce a una banda de plasmón de mierda azul. Como el valor de pH para la deposición de Ag se establece respectivamente en 2.5, 4.5, 7.2 y 8.1, el pico de absorción de Au-Ag blueshift respectivamente a 516 nm, 508 nm, 503 nm y 500 nm. La alta tasa de crecimiento de Ag a un valor de pH alto conduce a la capa gruesa de Ag y el gran desplazamiento hacia el azul de la banda de plasmón [53, 54]. La Figura 6b muestra los espectros de extinción de los cuatro tipos de nanopartículas híbridas de Au / CdSe. El crecimiento de CdSe conduce al corrimiento al rojo de la banda de plasmón. A medida que aumenta el valor de pH de la deposición de Ag, la banda de extinción se desplaza al rojo a 536 nm, 553 nm, 594 nm y 602 nm, respectivamente. El gran corrimiento al rojo a valores de pH altos se debe al aumento del espesor y la cobertura de CdSe en las nanopartículas de Au y, por lo tanto, al aumento del índice de refracción efectivo en el entorno [32, 45]. La cantidad de Cd (NO ₃ ) ₂ también influye en la dimensión del CdSe crecido y el cambio de plasmón. La Figura 6c muestra que, en la condición de valor de pH de 2,5, el pico de extinción de las nanoesferas de Au / CdSe Janus se desplaza gradualmente al rojo de 536 a 566 nm y 605 nm como la cantidad de 0,1 M Cd (NO ₃ ) ₂ aumenta de 0.05 a 0.1 mL y 0.15 mL. Además, tanto en la Fig. 6b como en la figura c, las bandas de extinción de Au / CdSe se amplían en comparación con las características de SPR de las nanopartículas de Au puro, lo que posiblemente sea causado por la distribución no homogénea del espesor y la cobertura de CdSe. Además, la absorción de banda prohibida de CdSe en alrededor de 1,74 eV puede surgir a medida que el CdSe se hace más grueso. La presencia de acoplamiento plasmón-excitón también puede contribuir a la ampliación del espectro [41].

Espectros de extinción UV-vis-NIR de a Nanopartículas de Au y Au-Ag, b Nanopartículas híbridas de Au / CdSe con diferentes morfologías como nanoesferas de Janus (pH =2,5), heterodímeros (pH =4,5), nanopartículas simétricas de dos cabezas (pH =7,2), nanopartículas de múltiples cabezas (pH =8,1) y c Nanoesferas de Au / CdSe Janus obtenidas con diferentes cantidades de Cd 0,1 M (NO ₃ ) ₂ :0,05 ml, 0,1 ml y 0,15 ml

El fotocatalítico H ₂ La generación de los cuatro tipos de nanopartículas híbridas de Au / CdSe se evalúa bajo una iluminación de luz visible ( λ > 420 nm) en 50 ml de solución acuosa con 5 ml de ácido láctico como agente de sacrificio ecológico. Como se muestra en la Fig. 7, las nanopartículas de múltiples cabezas, las nanopartículas simétricas de dos cabezas, los heterodímeros y las nanoesferas de Janus exhiben una actividad fotocatalítica gradualmente aumentada. Las nanopartículas de Au / CdSe de múltiples cabezas muestran una tasa de producción de hidrógeno muy baja de 0,16 μmol h ⁻¹ g ⁻¹ . Las nanopartículas simétricas de dos cabezas y los heterodímeros muestran tasas de producción de hidrógeno de 21,4 μmol h ⁻¹ g ⁻¹ y 26,7 μmol h ⁻¹ g ⁻¹ , respectivamente. Más notablemente, la tasa de producción de hidrógeno de las nanoesferas de Au / CdSe Janus es 105,2 μmol h ⁻¹ g ⁻¹ , que es 3,94 veces mayor que la de las estructuras heterodímeras.

Actividad fotocatalítica de cuatro tipos diferentes de nanopartículas híbridas de Au / CdSe, como nanoesferas de Janus, heterodímeros, nanopartículas simétricas de dos cabezas, nanopartículas de múltiples cabezas para H ₂ reacciones de producción

La separación de carga interna en la interfaz de la heteroestructura de Au / CdSe y los procesos de transferencia de carga en el H ₂ fotocatalítico La generación se discute y se muestra en la Fig. 8 para comprender el mecanismo de esta actividad fotocatalítica mejorada. CdSe es una banda prohibida ( E g =1,74 eV) semiconductor con un potencial de banda adecuado para la división del agua [55]. La parte inferior de la banda de conducción se encuentra en un potencial más negativo que el potencial de reducción de H ⁺ a H ₂ . También se ha demostrado que los nanocristales de Au poseen la actividad de reacción catalítica [41]. Por un lado, el plasmón de superficie de Au podría recolectar eficazmente la energía luminosa y descomponerse en portadores energéticos. Por otro lado, el campo local potenciado por plasmón mejora la absorción de luz de CdSe adyacente [56]. Estos efectos mejorarían la generación de portadores fotoexcitados para las reacciones fotocatalíticas. Luego, los electrones / huecos fotoexcitados deben separarse y migrarse a la superficie sin recombinación. Dado que los huecos y los electrones obtienen energía respectivamente al moverse hacia arriba y hacia abajo, los electrones fotoexcitados pueden transferirse desde la banda de conducción (CB) del CdSe al nivel de Fermi de Au. La transferencia de carga a través de la interfaz entre CdSe y Au juega un papel fundamental para lograr este objetivo y acelerar el rendimiento de H ₂ generación [41,42,43,44]. Las condiciones de interfaz y contacto entre los dos componentes determinan el rendimiento de transferencia de carga y, por lo tanto, las propiedades fotocatalíticas de los híbridos. En comparación con la estructura de múltiples cabezales, el H ₂ La eficiencia de producción de la estructura de un solo cabezal (heterodímeros y nanoesferas de Janus) es mayor. Cuando se cultivan más cabezas de CdSe en Au, más superficies de Au que actúan como sitio de reacción se bloquearían de la solución de reacción. En comparación con las otras tres heteroestructuras, las nanoesferas Au / CdSe Janus exhiben una interfaz plana con cristalización de alto grado y baja tensión interfacial, lo que podría mejorar la eficiencia de transferencia de carga interfacial y suprimir la pérdida por dispersión del portador. El tamaño de las nanopartículas plasmónicas, la morfología de los híbridos, la dimensión del componente semiconductor y la posición de los sitios catalíticos activos son todos críticos para la actividad fotocatalítica [41, 44]. Es necesario investigar más a fondo la dimensión óptima de Janus Au / CdSe para la aplicación fotocatalítica.

Ilustración esquemática de la separación de carga en la interfaz de la hetero-nanoestructura de Au / CdSe

Conclusión

En resumen, presentamos una síntesis precisa de nanoesferas de Janus Au / CdSe Janus dispersas en agua con condición y calidad interfacial controladas. Se podrían producir cuatro tipos de híbridos Au / CdSe de nanoesferas de Janus, heterodímeros, nanopartículas simétricas de dos cabezas y nanopartículas de múltiples cabezas manipulando el valor de pH. La evaluación de la generación de hidrógeno fotocatalítico mostró que las nanoesferas Au / CdSe Janus exhiben al menos 3.9 veces más H ₂ tasa de evolución que otras contrapartes de Au / CdSe. El rendimiento fotocatalítico mejorado se debe a la interfaz plana y de alta calidad entre Au y CdSe, que promueve la transferencia de carga a través de la interfaz y acelera la separación de carga interfacial.

Disponibilidad de datos y materiales

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo y su archivo de información complementaria.

Abreviaturas

XRD:: Difracción de rayos X en polvo
EDX:: Espectroscopia de rayos X de dispersión de energía
TEM:: Microscopía electrónica de transmisión
HRTEM:: Microscopio electrónico de transmisión de alta resolución

Polarización de valle controlable mediante defectos de línea doble de silicene debido al acoplamiento Rashba Spin-Orbit Detección de gases mixtos CH4 / CO2 / CO basada en un filtro óptico lineal variable y una matriz de detectores de termopila

Nanomateriales

Materiales poliméricos

Biologicos

Teñir

Especias